ESP32 IDF开发 应用篇⑭ Wifi TCP客户端和服务器通讯

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1、博主写这篇技术文章的目标：

（1）、了解 tcp udp的通讯特点；
（2）、了解客户端和服务器的特点；
（3）、掌握tcp客户端和服务器编程；
2、 概述

在前面章节已经为大家先容了ESP32 WIFI STA 及AP模式的基本应用，本章是基于wifi sta模式开发。Tcp的理论知识这里就不过多先容，大家百度一下比我解提及来好多了。
（1） Tcp 与udp的区别及各自的特点
TCP：
 •面向连接的：发数据前要举行连接。
 •可靠的连接：TCP 连接传送的数据，无不对，不丢失，不重复，且按序到达。
 •点到点：TCP 连接传送的数据，无不对，不丢失，不重复，且按序到达
 •最大长度有限：仅 1500 字节。（http 和 websocket 都是采用TCP通讯）
UDP：
 •无连接的：发数据前不需要创建连接。
 •不可靠：尽最大努力交付，即不保证可靠交付。
 •支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通讯
 •占用资源少，发送数据快。
（2） 客户端与服务端的区别
服务端：创建并监听多个连接，服务端可以监听多个客户端发过来的连接；
客户端：创建并发起连接，多个客户端可以连接到同一个服务端；
3、 Socket API库的先容
1、 TCP 编程的客户端一般步调是：
（1）创建一个 socket，用函数 socket()；
（2）设置 socket 属性，用函数 setsockopt();(可选)
（3）绑定 IP 地点、端口等信息到 socket 上，用函数 bind();* 可选
（4）设置要连接的对方的 IP 地点和端口等属性；
（5）连接服务器，用函数 connect()；
（6） 收发数据，用函数 send()和 recv()，大概 read()和 write();
（7）关闭网络连接；
2、TCP 编程的服务器端一般步调是：
（1）创建一个 socket，用函数 socket()；
（2）设置 socket 属性，用函数 setsockopt();（可选）
（3）绑定 IP 地点、端口等信息到 socket 上，用函数 bind();
（4）开启监听，用函数 listen()；
（5）接收客户端上来的连接，用函数 accept()；
（6）收发数据，用函数 send()和 recv()，大概 read()和 write();
（7）关闭网络连接； closesocket();
（8）关闭监听；
ESP32 使用的是 LwIP，LwIP 是特殊适用于嵌入式装备的小型开源 TCP/IP 协议栈，对内
存资源占用很小。ESP-IDF 即是移植了 LwIP 协议栈。
我们这里直接使用标准 socket API接口,API函数只做简单的先容，跟详细的socket API大家可以百度
 创建连接 socket();
 连接服务端函数：connect();
 关闭 socket 函数：close();
 获取 socket 错误代码：getsocketopt();
 接收数据函数：recv();
 发送数据函数：send();
 绑定函数：bing();
 监听函数：listen();
 获取连接函数：accept();
更多API 参考esp-idf\components\lwip\lwip\src\include\lwip\sockets.h
4、 软件设计

（1）、客户端软件设计
①、等候wifi sta连接好路由器
②、创建连接服务端的socket
client_connect_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
③、设置连接服务器信息，端口和IP
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(port);
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
④、然后开始连接
connect(client_connect_socket, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)
⑤收发数据使用recv();send();函数
（2）、服务端软件设计
①、等候wifi sta连接好路由器
②、创建服务端的socket
③、设置新建的server socket参数
④、绑定ip和端口号bind()
⑤、开始监听有没有客户端连接上来
listen(server_socket, 1) 而且设置允许最大连接客户端的数量
⑥、获取连接的socket
accept(server_socket, (struct sockaddr *)&client_addr, &socklen)
⑦、收发数据使用recv();send();函数
5、 实例

复制wifi sta工程改名字为 idf_wifi_tcp（由于本例程是基于wifi sta）即可 文件名字改为 idf_wifi_tcp.C makefile文件也改成 PROJECT_NAME := idf_wifi_tcp即可，然后复制一下代码测试。
在编译之前，为大家收支一个知识点，解说一下如安在工程下面创建一个文件夹来管理.c和.h文件。
以此工程为例解说
（1）、在idf_wifi_tcp文件夹下面新建文件夹network，而且添加自己的.c和.h文件
（2）、在network文件夹下面添加文件component.mk，文件内容为COMPONENT_ADD_INCLUDEDIRS := .

（3）、然后在工程的Makefile文件下面添加编译路径：
EXTRA_COMPONENT_DIRS := $(IDF_PATH)/examples/lyy/idf_wifi_tcp/network

（4）、最后make clean
make flash monitor
代码：idf_wifi_tcp.c文件

1. /**********************************************************************
2. *               文件名：            idf_wifi_tcp.c
3. *               创建人：            
4. *               创建日期：           
5. *               修改人：
6. *               修改日期：           
7. *               版本号：            V1.1
8. *               备注：
9. *               公司：
10. ********************************************************************/
11. #include <stdio.h>
12. #include <string.h>
13. #include <unistd.h>
14. #include "freertos/FreeRTOS.h"
15. #include "freertos/task.h"
16. #include "freertos/event_groups.h"
17. #include "nvs.h"
18. #include "esp_log.h"
19. #include "nvs_flash.h"
21. #include "esp_system.h"
22. #include "esp_wifi.h"
23. #include "esp_event.h"
24. #include "lwip/err.h"
25. #include "lwip/sys.h"
27. #include "tcp_bsp.h"
29. static const char *TAG = "WIFI_TCP";
31. //事件标志组
32. EventGroupHandle_t xCreatedEventGroup_WifiConnect = NULL;
34. static int retry_num = 0;
36. /***********************************************************************
37. * 函数:  
38. * 描述:   wifi 回调函数
39. * 参数:
40. * 返回: 无
41. * 备注：
42. ************************************************************************/
43. static void event_handler(void* arg, esp_event_base_t event_base,int32_t event_id, void* event_data)
44. {
45.     ESP_LOGI(TAG, "event_base: %s  ; event_id : %d",event_base,event_id);
46.     if (event_base == WIFI_EVENT && event_id == WIFI_EVENT_STA_START)
47.     {
48.         esp_wifi_connect();//开始连接
49.     }
50.     else if (event_base == WIFI_EVENT && event_id == WIFI_EVENT_STA_DISCONNECTED) //wifi断开时
51.     {
52.         if (retry_num < CONFIG_ESP_MAXIMUM_RETRY) //重新连接次数
53.         {
54.             esp_wifi_connect();
55.             retry_num++;
56.             ESP_LOGI(TAG, "retry to connect to the AP");
57.         }
58.         else
59.         {
60.             xEventGroupSetBits(xCreatedEventGroup_WifiConnect, WIFI_FAIL_BIT);
61.             xEventGroupClearBits(xCreatedEventGroup_WifiConnect, WIFI_CONNECTED_BIT);
62.         }
63.         ESP_LOGI(TAG,"connect to the AP fail");
64.     }
65.     else if (event_base == IP_EVENT && event_id == IP_EVENT_STA_GOT_IP)//获得IP
66.     {
67.         ip_event_got_ip_t* event = (ip_event_got_ip_t*) event_data;
68.         ESP_LOGI(TAG, "got ip:" IPSTR, IP2STR(&event->ip_info.ip));
69.         retry_num = 0;
70.         xEventGroupSetBits(xCreatedEventGroup_WifiConnect, WIFI_CONNECTED_BIT);
71.         xEventGroupClearBits(xCreatedEventGroup_WifiConnect, WIFI_FAIL_BIT);
72.     }
73. }
74. /***********************************************************************
75. * 函数:  
76. * 描述:   wifi sta初始化代码相对比较固定，一般不需要做修改
77. * 参数:
78. * 返回: 无
79. * 备注：
80. ************************************************************************/
81. void wifi_init_sta(void)
82. {
83.     ESP_ERROR_CHECK(esp_netif_init());//初始化TCP / IP堆栈和esp-netif
84.     ESP_ERROR_CHECK(esp_event_loop_create_default()); //创建默认event loop
85.     esp_netif_create_default_wifi_sta();//创建默认的WIFI STA。
87.     wifi_init_config_t cfg = WIFI_INIT_CONFIG_DEFAULT();//给wifi_init_config_t结构体初始化系统默认的数据
88.     ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_init(&cfg));//使用默认的参数初始化wifi
90.     //注册wifi 连接过程中回调函数
91.     ESP_ERROR_CHECK(esp_event_handler_register(WIFI_EVENT, ESP_EVENT_ANY_ID, &event_handler, NULL));
92.     ESP_ERROR_CHECK(esp_event_handler_register(IP_EVENT, IP_EVENT_STA_GOT_IP, &event_handler, NULL));
93.     //设置账户和密码,在menuconfig中设置
94.     wifi_config_t wifi_config = {
95.         .sta = {
96.             .ssid = CONFIG_ESP_WIFI_SSID,
97.             .password = CONFIG_ESP_WIFI_PASSWORD
98.             //.ssid = "ssid",
99.             //.password = "password"
100.         },
101.     };
102.     ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_mode(WIFI_MODE_STA) );//设置为sta模式
103.     ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_config(ESP_IF_WIFI_STA, &wifi_config) );
104.     ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_start() );//启动
106.     ESP_LOGI(TAG, "wifi_init_sta finished.");
107. }
108. /***********************************************************************
109. * 函数:  
110. * 描述:   主函数
111. * 参数:
112. * 返回: 无
113. * 备注：
114. ************************************************************************/
115. void app_main()
116. {   
117.     //初始化NVS
118.    esp_err_t ret = nvs_flash_init();
119.     if (ret == ESP_ERR_NVS_NO_FREE_PAGES || ret == ESP_ERR_NVS_NEW_VERSION_FOUND) {
120.       ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_erase());
121.       ret = nvs_flash_init();
122.     }
123.     ESP_ERROR_CHECK(ret);
125.     ESP_LOGI(TAG, "ESP_WIFI_MODE_STA");
126.     //创建事件标志组，用于等待wifi连接
127.     xCreatedEventGroup_WifiConnect = xEventGroupCreate();
128.     //WIFI sta初始化
129.     wifi_init_sta();
130.     AppTaskCreate();
131. }

复制代码

代码：tcp_bsp.c文件

1. #include <stdio.h>
2. #include <string.h>
3. #include <errno.h>
4. #include <stdlib.h>
6. #include "sdkconfig.h"
7. #include "freertos/FreeRTOS.h"
8. #include "freertos/task.h"
9. #include "esp_system.h"
10. #include "esp_spi_flash.h"
11. #include "esp_wifi.h"
13. #include <sys/socket.h>
14. #include "freertos/event_groups.h"
15. #include "esp_event.h"
16. #include "esp_err.h"
17. #include "nvs_flash.h"
18. #include "esp_smartconfig.h"
19. #include "esp_netif.h"
20. #include "esp_wpa2.h"
22. #include "esp_log.h"
23. #include "esp_ota_ops.h"
24. #include "nvs.h"
25. #include "tcp_bsp.h"
27. //任务句柄
28. static TaskHandle_t xHandleTaskTcpClinent = NULL;
29. static TaskHandle_t xHandleTaskTcpServer = NULL;
31. //任务堆栈大小，主要是函数嵌套参数入栈和局部变量的内存
32. #define TcpClinent_TASK_STACK_SIZE      8192
33. #define TcpServer_TASK_STACK_SIZE       8192
35. //任务优先级，越大越高，跟ucos相反
36. #define TcpClinent_TASK_PRIO            2
37. #define TcpServer_TASK_PRIO             3
39. static int client_connect_socket = 0;                     //客户端连接socket
41. static int server_socket = 0;                           //服务器创建的socket
42. static int server_connect_socket = 0;                   //有客户端连接到服务器的socket
44. //函数声明
45. static esp_err_t CreateTcpClient(const char *ip,uint16_t port);
46. static esp_err_t CreateTcpServer(bool isCreatServer,uint16_t port);
47. static void vTaskTcpClinent(void *pvParameters);
48. static void vTaskTcpServer(void *pvParameters);
50. /***********************************************************************
51. * 函数:  
52. * 描述:   创建tcp接收发送任务，给外部使用
53. * 参数:
54. * 返回: 无
55. * 备注：
56. ************************************************************************/
57. void AppTaskCreate(void)
58. {
59.     xTaskCreate(vTaskTcpClinent,                    //任务函数
60.             "vTaskTcpClinent",                      // 任务名
61.             TcpClinent_TASK_STACK_SIZE,             // 任务栈大小，单位 word，也就是 4 字节
62.             NULL,                                   //任务参数
63.             TcpClinent_TASK_PRIO,                   //任务优先级
64.             &xHandleTaskTcpClinent);   
65.     xTaskCreate(vTaskTcpServer,                     //任务函数
66.             "vTaskTcpServer",                       // 任务名
67.             TcpServer_TASK_STACK_SIZE,              // 任务栈大小，单位 word，也就是 4 字节
68.             NULL,                                   //任务参数
69.             TcpServer_TASK_PRIO,                    //任务优先级
70.             &xHandleTaskTcpServer);
71. }
72. /***********************************************************************
73. * 函数:  
74. * 描述:   创建tcp客户端连接
75. * 参数:ip：IP地址，port：端口号
76. * 返回: 无
77. * 备注：
78. ************************************************************************/
79. static esp_err_t CreateTcpClient(const char *ip,uint16_t port)
80. {
81.     static struct sockaddr_in server_addr;                  //server地址
82.     //等待连接成功，或已经连接有断开连接，此函数会一直阻塞，只有有连接
83.    EventBits_t bits =  xEventGroupWaitBits(xCreatedEventGroup_WifiConnect,// 事件标志组句柄
84.                 WIFI_CONNECTED_BIT, // 等待bit0和bit1被设置
85.                 pdFALSE,                            //TRUE退出时bit0和bit1被清除，pdFALSE退出时bit0和bit1不清除
86.                 pdFALSE,                            //设置为pdTRUE表示等待bit1和bit0都被设置,pdFALSE表示等待bit1或bit0其中一个被设置
87.                 portMAX_DELAY);                     //等待延迟时间，一直等待
89.     if (bits & WIFI_CONNECTED_BIT)
90.     {
91.         //新建socket
92.         client_connect_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
93.         if (client_connect_socket < 0)
94.         {
95.             close(client_connect_socket);
96.             return ESP_FAIL;
97.         }
98.         //配置连接服务器信息
99.         server_addr.sin_family = AF_INET;
100.         server_addr.sin_port = htons(port);
101.         server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
102.         //连接服务器
103.         if (connect(client_connect_socket, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0)
104.         {
105.             close(client_connect_socket);
106.             return ESP_FAIL;
107.         }
108.         return ESP_OK;
109.     }
110.     else
111.     {
112.         return ESP_FAIL;
113.     }
114. }
115. /***********************************************************************
116. * 函数:  
117. * 描述:   客户端任务
118. * 参数:
119. * 返回: 无
120. * 备注：
121. ************************************************************************/
122. static void vTaskTcpClinent(void *pvParameters)
123. {
124.     int len = 0;            //长度
125.     uint8_t databuff[512];    //缓存
126.     //创建tcp客户端
127.     if (CreateTcpClient(TCP_SERVER_ADRESS,TCP_SERVER_PORT) == ESP_OK)
128.     {
129.         ESP_LOGI("vTaskTcpClinent", "connect OK");
130.     }
131.     else
132.     {
133.         ESP_LOGI("vTaskTcpClinent", "connect FAIL");
134.     }
135.     for (;;)
136.     {
137.         //读取接收数据
138.         len = recv(client_connect_socket, databuff, sizeof(databuff), 0);//阻塞函数
139.         if (len > 0)//接收到数据
140.         {
141.             send(client_connect_socket, databuff, len, 0);
142.         }
143.         else
144.         {
145.             //断开连接
146.             if (CreateTcpClient(TCP_SERVER_ADRESS,TCP_SERVER_PORT)== ESP_OK)
147.             {
148.                 ESP_LOGI("vTaskTcpClinent", "connect OK");
149.             }
150.             vTaskDelay(500 / portTICK_PERIOD_MS);
151.         }
152.         vTaskDelay(50 / portTICK_PERIOD_MS);
153.     }
154. }
156. /***********************************************************************
157. * 函数:  
158. * 描述:   创建服务端监听任务
159. * 参数:isCreatServer：true创建socket并监听，false只监听，port监听的端口号
160. * 返回: 无
161. * 备注：
162. ************************************************************************/
163. static esp_err_t CreateTcpServer(bool isCreatServer,uint16_t port)
164. {
165.     static struct sockaddr_in client_addr;   
166.     static unsigned int socklen = sizeof(client_addr);      //地址长度
167.     //等待连接成功，或已经连接有断开连接，此函数会一直阻塞，只有有连接
168.    EventBits_t bits =  xEventGroupWaitBits(xCreatedEventGroup_WifiConnect,// 事件标志组句柄
169.                 WIFI_CONNECTED_BIT,              // 等待bit0和bit1被设置
170.                 pdFALSE,                            //TRUE退出时bit0和bit1被清除，pdFALSE退出时bit0和bit1不清除
171.                 pdFALSE,                            //设置为pdTRUE表示等待bit1和bit0都被设置,pdFALSE表示等待bit1或bit0其中一个被设置
172.                 portMAX_DELAY);                     //等待延迟时间，一直等待
174.     if (bits & WIFI_CONNECTED_BIT)
175.     {
176.         if (isCreatServer == true)
177.         {
178.             server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
179.             if (server_socket < 0)
180.             {
181.                 close(server_socket);
182.                 return ESP_FAIL;
183.             }
184.             //配置新建server socket参数
185.             client_addr.sin_family = AF_INET;
186.             client_addr.sin_port = htons(port);
187.             client_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
188.             //bind:地址的绑定
189.             if (bind(server_socket, (struct sockaddr *)&client_addr, sizeof(client_addr)) < 0)
190.             {
191.                 //bind失败后，关闭新建的socket，等待下次新建
192.                 close(server_socket);
193.                 return ESP_FAIL;
194.             }
195.         }
196.         
197.         //listen，下次时，直接监听
198.         if (listen(server_socket, 1) < 0)
199.         {
200.             //listen失败后，关闭新建的socket，等待下次新建
201.             close(server_socket);
202.             return ESP_FAIL;
203.         }
204.         //accept，搜寻全连接队列
205.         server_connect_socket = accept(server_socket, (struct sockaddr *)&client_addr, &socklen);
206.         if (server_connect_socket < 0)
207.         {
208.             //accept失败后，关闭新建的socket，等待下次新建
209.             close(server_socket);
210.             return ESP_FAIL;
211.         }
212.         return ESP_OK;
213.     }
214.     else
215.     {
216.         return ESP_FAIL;
217.     }
219. }
220. /***********************************************************************
221. * 函数:  
222. * 描述:   服务端任务
223. * 参数:
224. * 返回: 无
225. * 备注：
226. ************************************************************************/
227. static void vTaskTcpServer(void *pvParameters)
228. {
229.     int len = 0;            //长度
230.     uint8_t databuff[512];    //缓存
231.     //创建tcp客户端
232.     CreateTcpServer(true,TCP_CLIENT_PORT);
233.     for (;;)
234.     {
235.         //读取接收数据
236.         len = recv(server_connect_socket, databuff, sizeof(databuff), 0);//阻塞函数
237.         if (len > 0)//接收到数据
238.         {
239.             send(server_connect_socket, databuff, len, 0);
240.         }
241.         else
242.         {
243.             //断开连接
244.             CreateTcpServer(false,TCP_CLIENT_PORT);  
245.             vTaskDelay(500 / portTICK_PERIOD_MS);
246.         }
247.         vTaskDelay(50 / portTICK_PERIOD_MS);
248.     }
249. }

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代码：tcp_bsp.h文件

1. #ifndef __TCP_BSP_H__
2. #define __TCP_BSP_H__
3. #ifdef __cplusplus
4. extern "C" {
5. #endif
7. #define TCP_SERVER_ADRESS       "192.168.33.16"     //作为client，要连接TCP服务器地址
8. #define TCP_SERVER_PORT          5200               //服务端端口
10. #define TCP_CLIENT_PORT          5000               //TCP客户端端口
12. #define WIFI_CONNECTED_BIT  BIT0
13. #define WIFI_FAIL_BIT       BIT1
14. extern EventGroupHandle_t xCreatedEventGroup_WifiConnect;
16. void AppTaskCreate(void);
19. #ifdef __cplusplus
20. }
21. #endif
22. #endif /*#ifndef __TCP_BSP_H__*/

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6、 调试结果

方法：打开网络调试助手这是这是为TCP Server，根据IP调解代码中的IP地点和端口

1. #define TCP_SERVER_ADRESS       "192.168.33.16"     //作为client，要连接TCP服务器地址
2. #define TCP_SERVER_PORT          5200               //服务端端口
3. #define TCP_CLIENT_PORT          5000               //TCP客户端端口

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